收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

稀土掺杂钇氧化物的发光性能研究

杨明珠  
【摘要】:稀土离子具有许多优点,如丰富的能级、较长的能级寿命、稳定的物理化学性能等。近年来,稀土发光材料已经广泛地应用于激光器、通信、色彩显示、防伪、生物医疗等领域,并逐渐向其他高技术领域扩展。稀土离子的发射光谱主要是4fN组态内能级间电偶极跃迁而产生的线状光谱,而根据跃迁选择定则4fN组态内的电偶极跃迁是禁戒的,稀土离子的辐射跃迁几率很低。同时,受到基质材料声子能量和表面缺陷等因素的影响,在稀土离子跃迁过程中很难避免无辐射跃迁过程的发生。因此,稀土发光材料的发光效率较低一直是其应用方面的难题。本文以具有优良光学性能和物化性能的钇氧化物为基质材料,选取其中具有代表性的Y_2O_3和Y_3Al_5O_(12)为研究对象。采用沉淀法、水热法、微波法和溶胶凝胶法制备了Eu~(3+):Y_2O_3、Bi~(3+)/Er~(3+):Y_2O_3和Li~+/Er~(3+):Y_3Al_5O_(12)粉体,从影响稀土发光材料发光效率的物理机制入手来探索提高发光效率的方法。 通过不同的化学合成方法制得了不同形貌的Eu~(3+):Y_2O_3纳米晶,揭示了Eu~(3+):Y_2O_3纳米晶的生长机制。结合激发光谱、发射光谱、红外光谱以及荧光寿命测试结果探讨了Eu~(3+):Y_2O_3纳米晶不同微观形貌对其表面态及光学性能的影响。通过水热法和微波法制得具有高结晶度的Eu~(3+):Y_2O_3纳米晶,表面缺陷的减少使得能级间的无辐射跃迁几率降低,荧光强度增强。此外,微波法可以有效地提高Eu~(3+):Y_2O_3纳米晶的合成效率。微波反应200℃、10min制得样品的发光强度与水热法180℃、12h制得样品的发光强度相当。 以Bi~(3+)离子为掺杂离子,Er~(3+)离子为激活离子,采用溶胶凝胶法制备了Bi~(3+)/Er~(3+):Y_2O_3粉体。讨论了在紫外激发和红外激发下Bi~(3+)离子掺杂浓度对Er~(3+)离子发光行为的影响;同时,分析了Bi~(3+)离子掺杂对Er~(3+)离子~2H_(11/2)/~4S_(3/2)能级猝灭浓度的影响。研究结果表明,紫外激发下Er~(3+)离子发光强度的增强(最强达42倍)来源于Bi~(3+)离子对Er~(3+)离子的敏化作用;而红外激发下Er~(3+)离子发光强度的增强则是由于Bi~(3+)离子的掺杂提高了Er~(3+)离子的辐射跃迁几率。此外,Bi~(3+)离子的引入减弱了近邻Er~(3+)离子之间的相互作用,使Er~(3+)离子~2H_(11/2)/~4S_(3/2)能级的猝灭浓度提高了2mol%。掺杂Bi~(3+)离子不仅能够在紫外激发下对Er~(3+)离子实现敏化作用,同时,在红外激发下可以提高Er~(3+)离子的辐射跃迁几率和~2H_(11/2)/~4S_(3/2)能级猝灭浓度。 利用溶胶凝胶法制得Li~+/Er~(3+):Y_3Al_5O_(12)粉体,讨论了Li~+离子在基质中处于不同占位时对Er~(3+)离子发光性能的影响及其物理机制。当Li~+离子占据替代位置时,绿光的发光强度缓慢增强;而填隙位Li~+离子出现后绿光的发光强度大幅增加(最强达36倍)。分析结果表明,当Li~+离子占据替代位置时,相对于辐射跃迁几率的增加,无辐射跃迁几率的减小在发光强度提高中起到了主导作用。而填隙位Li~+离子出现而造成的绿光大幅增强则是Er~(3+)离子~4I_(11/2)能级寿命、~2H_(11/2)/~4S_(3/2)能级辐射几率以及Er~(3+)离子对泵浦光源吸收率增大的共同结果。其中,Er~(3+)离子对泵浦光源吸收率的增大起主导作用。Li~+离子的掺杂可以降低Er~(3+)周围晶体场对称性,打破Er~(3+)离子4f-4f能级间的禁戒跃迁,提高Er~(3+)离子的辐射跃迁几率、能级寿命和对泵浦光源的吸收率,从而大幅提高Er~(3+)的发光效率。 通过以上研究,本文从影响稀土发光材料发光效率的物理机制出发,实现了对发光效率的有效提高,对提高稀土发光材料的发光强度以满足实际应用需要提供了有益帮助。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O482.31

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 李艳红;张永明;洪广言;于英宁;;Upconversion luminescence of Y_2O_3:Er~(3+), Yb~(3+) nanoparticles prepared by a homogeneous precipitation method[J];Journal of Rare Earths;2008年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李源;战可涛;;激光谐振腔光场及远场分布的数值模拟系统[J];北京化工大学学报(自然科学版);2012年01期
2 郝保红;刘东阳;田庄;;酸性环境下一维纳米AlOOH聚集体形态及“生长基元”模型[J];北京石油化工学院学报;2011年02期
3 郝保红;纪艳娇;刘东阳;;碱性环境下二维纳米AlOOH聚集体形态及“生长基元”运动[J];北京石油化工学院学报;2011年03期
4 朱为为;;YAG激光切割单晶硅的工艺研究[J];大功率变流技术;2010年03期
5 张燕杰;詹瑛瑛;曹彦宁;陈崇启;林性贻;郑起;;以水热法合成的ZrO_2负载Au催化剂上的低温水煤气变换反应[J];催化学报;2012年02期
6 郝保红;柳强;纪艳娇;方克明;;异型纳米AlOOH在水热条件下的界面模型及生长机制[J];材料科学与工艺;2011年05期
7 郝保红;田庄;方克明;;不同水热条件下的纳米γ-AlOOH聚集生长方式分析[J];材料科学与工程学报;2011年06期
8 王红玲;;自适应激光眩目干扰系统[J];四川兵工学报;2009年07期
9 牛永效;王恩德;付建飞;曾婧;;水热条件下反应介质对Mg(OH)_2晶体晶形的影响[J];东北大学学报(自然科学版);2010年05期
10 吕秀品;;计算共轴球面腔等价腔长时应注意的问题[J];电气电子教学学报;2009年01期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 高业胜;郑光金;赵耀;;乙炔气体吸收半导体激光稳频技术研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
2 李彦生;王莹;李准;;界面成核-水热法制备纳米氧化锌及光吸收特性[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(1)[C];2007年
3 袁建文;陈继民;牛奔;张强;;激光切割不锈钢金属丝网的研究[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年
4 郝保红;方克明;向兰;柳强;;纳米AIOOH在不同PH介质中的水热结晶机制和界面模型[A];颗粒学前沿问题研讨会——暨第九届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2009年
5 郝保红;方克明;向兰;;水热温度对纳米AIOOH结晶机制的影响[A];颗粒学前沿问题研讨会——暨第九届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2009年
6 刘定宇;尹淑慧;仲海洋;李磊;;光斑保持激光发射天线设计[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(下册)[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 徐耀兵;中间盐法石煤灰渣酸浸提钒工艺的试验研究[D];浙江大学;2009年
2 黄林勇;锌基氧(硫)化锌微纳米结构的合成、表征、光电性质及生长机理研究[D];山东大学;2010年
3 孟庆芬;钴硼酸盐晶须的制备与机理初探[D];西北大学;2011年
4 张代生;上转换微纳米晶@TiO_2核/壳结构红外光催化材料的制备和表征[D];吉林大学;2011年
5 蒋冰莉;MOEMS声传感技术及低频声传播特性研究[D];华中科技大学;2011年
6 姚山山;溶液燃烧合成WLED硅酸盐荧光粉及发光性能研究[D];华中科技大学;2011年
7 齐海兵;可调谐光纤法布里—珀罗滤波器的理论与实验研究[D];华中科技大学;2011年
8 冯娟娟;石墨烯纳米带的STM研究和Si、SnS_2纳米材料制备及性能[D];兰州大学;2011年
9 高大强;非磁性材料的d~0铁磁性[D];兰州大学;2011年
10 高当丽;稀土氟化物纳米晶体荧光调控的研究[D];陕西师范大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱宜存;光电导天线产生太赫兹波的理论和实验研究[D];郑州大学;2010年
2 赵飞;锌酸钙制备方法和生成机制及锌枝晶的研究[D];郑州大学;2010年
3 单海燕;ZnO薄膜的水溶液法制备及Li~+、柠檬酸钠对ZnO生长的影响[D];大连理工大学;2010年
4 鲁统雷;NBT陶瓷粉体的水热合成及其形貌影响因素的研究[D];中国海洋大学;2010年
5 步明升;α-FeOOH与α-LiFeO_2的水热合成研究[D];中国海洋大学;2010年
6 陈锐;不同晶形的硫酸钙晶体生长控制研究[D];昆明理工大学;2009年
7 苑晓宇;水热法合成BaHfO_3:Ce闪烁材料及性能研究[D];沈阳大学;2011年
8 张路遥;水溶性CdTe量子点的制备与应用[D];浙江大学;2011年
9 邢乐;He-Ne激光器频率稳定度测量技术研究[D];西安电子科技大学;2011年
10 朱东济;大功率半导体激光器阵列远场光分布特性研究[D];西安电子科技大学;2011年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郝云荣;;太阳能电池的研究进展[J];广西物理;2008年03期
2 吴凤清,王兢,索辉,刘国范,徐宝琨,赵慕愚;纳米晶LaFeO_3的合成及湿敏特性的研究[J];吉林大学自然科学学报;1999年01期
3 李振钢,张韵慧,李岚,熊光楠;ZnS∶Tb纳米晶的制备和光学性质[J];天津师大学报(自然科学版);1999年01期
4 彭祖健,张寅;无铅压电纳米晶的制备研究[J];山东师范大学学报(自然科学版);2004年03期
5 李秀明,吕树臣,刘金霞;纳米晶ZrO_2∶Eu~(3+)的制备及发光性质[J];发光学报;2005年02期
6 陈治光;我国非晶、纳米晶材料技术获重大突破[J];科技潮;2005年04期
7 曹奇志;张洪哲;张杰;师宏伟;;机械合金化制备纳米晶和软磁性[J];广西物理;2005年04期
8 杨玉国;王卓;杨长红;;钨酸铅纳米晶的制备及其发光性能研究[J];人工晶体学报;2006年03期
9 张娜;龙沛霞;;纳米硒酸钙的制备及光降解结晶紫染料的性能[J];辽宁大学学报(自然科学版);2009年03期
10 曹奇志;欧阳义芳;张晶;李建映;;机械合金化制备纳米Al_(70)Fe_(25)Ni_5合金[J];广西师范学院学报(自然科学版);2010年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘海波;李雪梅;徐宝琨;李熙;赵慕愚;;纳米晶α—Fe_2O_3材料气敏性质的研究[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年
2 毛艳丽;许青海;;Bi3+掺杂Gd2O3:Er纳米晶的发光增强研究[A];第十五届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2009年
3 杨柏;;功能性聚合物与纳米晶杂化材料的制备和性能优化[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
4 王秋萍;蔡超;张昭;;纳米晶FeCoNi软磁薄膜的制备及其耐蚀性能的研究[A];2008年全国腐蚀电化学及测试方法学术交流会论文摘要集[C];2008年
5 沈嘉年;宋江江;李凌峰;;电化学阳极氧化生长纳米晶光催化TiO_2薄膜[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2001年
6 王淑芬;顾锋;吕孟凯;;不同离子激活的ZrO_2纳米粉发光性质的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
7 ;纳米晶稀土贮氢合金的制备[A];广东省材料研究学会部分单位会员成果汇编[C];2005年
8 杨萍;吕孟凯;许东;袁多荣;宋春风;潘梅;刘久荣;;过渡金属离子和稀土金属离子共掺的ZnS纳米晶光致发光特性的研究[A];2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
9 宋国利;方香云;苏春艳;;退火温度对ZnO:Er~(3+)纳米晶发光性质的影响[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第2分册)[C];2010年
10 郑敏;吴佳卿;许乐;殷骏;;氮掺杂ZnO纳米晶表面改性及其抗菌性、紫外防护性研究[A];“力恒杯”第11届功能性纺织品、纳米技术应用及低碳纺织研讨会论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 于洋 记者 李泳沩;无机纳米晶研究获新成果[N];吉林日报;2010年
2 记者任福海;我国已能制备无机纳米晶[N];中国技术市场报;2010年
3 ;纳米晶陶瓷快速成型设备研制成功[N];今日信息报;2004年
4 田学科;以色列用DNA装配纳米晶体管[N];科技日报;2004年
5 李扬 刘洋;我国“非晶、纳米晶”技术跨入世界先进行列[N];中国质量报;2005年
6 记者 吕贤如;我国非晶、纳米晶材料技术获重大突破[N];光明日报;2005年
7 稀土发光材料课题组;我国稀土发光材料行业未来应用(上)[N];中国有色金属报;2010年
8 翟扬;稀土发光材料让生活更精彩[N];中国有色金属报;2002年
9 吴虹;稀土发光材料及应用研究引人注目[N];消费日报;2004年
10 宗巍;我国发明稀土发光材料制备新方法[N];中国质量报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨明珠;稀土掺杂钇氧化物的发光性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 李红;二氧化钛纳米晶的溶胶法低温制备机理及其掺杂研究[D];浙江大学;2009年
3 单桂晔;荧光纳米晶的制备及其在免疫学中应用的初步研究[D];吉林大学;2004年
4 马玉丹;利用寡聚DNA构建纳米晶有序结构[D];吉林大学;2008年
5 纪小会;胶体纳米晶的水相合成与室温表面配体化学[D];吉林大学;2007年
6 胡海龙;Si基纳米晶阵列的制备及特性研究[D];兰州大学;2006年
7 郑金桔;过渡金属(Mn、Cu)掺杂纳米晶的制备和光电子性质研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
8 赵军伟;稀土掺杂NaYF_4上转换发光纳米晶的水相合成、表征及其生物应用探索[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
9 戴全钦;CdSe等半导体纳米晶的合成及性质研究[D];吉林大学;2007年
10 张代生;上转换微纳米晶@TiO_2核/壳结构红外光催化材料的制备和表征[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周冰晶;模板剂对掺镧介孔纳米晶TiO_2微结构的影响[D];燕山大学;2010年
2 余方丹;木质素基两性表面活性剂对ZnO纳米晶控制制备[D];东北林业大学;2011年
3 温合静;基于钨酸基无机—有机层状混杂结构的钨系微纳米晶材料的制备与表征[D];郑州大学;2010年
4 孔伟;单分散Ag和TiO_2纳米晶的合成及自组装特性研究[D];浙江大学;2011年
5 祝艳;纳米晶PbSe与SnSe的制备、表征及性能研究[D];南京理工大学;2004年
6 赵新美;氟化钡微纳米晶的DNA辅助合成与表征[D];燕山大学;2011年
7 孙泓;Nd-Fe-B/α-Fe两相纳米晶复合交换永磁薄膜结构和磁性研究[D];广东工业大学;2003年
8 宗建娟;胶溶法制备TiO_2纳米晶溶胶及其应用研究[D];浙江大学;2010年
9 叶良恒;乳液法合成氧化锆基稀土发光材料及其发光性能的研究[D];武汉理工大学;2010年
10 陶为华;ZrO_2-8 mol%RE_2O_3(RE=Y,Dy)纳米晶的碱性水热法合成及其烧结体的电性能研究[D];苏州大学;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026